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ug减速箱建模课程设计说明书

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9

课 程 设 计

课程名称 CAD/CAE 综合训练
题目名称_ 双级斜齿轮减速箱
CAD/CAE综合设计分析
学生学院 __ 机电工程学院________
专业班级 机械设计制造及其自动化08微电1班
学 号 3108000618
学生姓名 __梁泽成
指导教师 _______卜 研___________
成绩评定
教师签名

2011 年 6 月 29 日
广东工业大学课程设计任务书

题目名称
双极斜齿轮减速箱CAD/CAE综合设计分析
学生学院
机电工程学院
专业班级
机械设计制造及其自动化08微电1班
姓 名
梁泽成
学 号
3108000618
一、课程设计的内容
1．设计双级斜齿轮减速箱零件结构模型；
2．在Unigraphics NX 6.0平台上建立双级斜齿轮减速箱零件的三维参数化、变量化实体模型。
3. 根据产品的功能及设计要求建立组件的装配模型；
4．在Unigraphics NX 6.0平台上按国家制图标准绘制工程图。
可以适当补充完成下列设计内容：
1. 对所设计的模型设置光照、背景、材料纹理等条件，完成模型渲染，输出模型高质量的视觉效果图；
2．1).根据有限单元分析法的基本原理和思想，对所设计的机构进行静力学分析，包括设计分析模型简化、单元网格划分、材料特性定义、约束定义、载荷及边界条件定义、模型分析解算等；
2). 根据机构运动学的基本原理和方法，在产品三维参数化实体装配模型的基础上，定义机构的运动副、运动驱动、运动关系，创建运动分析模型，利用ADAMS解算器完成运动分析求解；
3．后处理及仿真，输出有限单元分析(或机构运动分析) 结果(包括：应力、应变云图，变形过程动画仿真；或机构运动仿真动画，运动件轨迹，主要运动件速度曲线图)，根据分析结果提出修改意见或方案。
二、课程设计的要求与数据
1．采用参数化实体建模技术，进行产品结构的三维参数化、变量化实体(装配)模型的设计；
2．通过变量、表达式和Associative Curve等建立图素间的关联关系，修改表达式的值能实现零件的关联变化；
3．要求使用1～2个Sketch建立轮廓截面；
4．建模过程中应包含总数不少于15个特征操作（包括扫描特征、成型特征、参考特征以及特征编辑的操作）；
4．要求零件工程图纸严格按照国家标准绘制，标注尺寸、公差、粗糙度、技术要求等；
5．工程图应具有符合标准的边框、标题栏，要求单独建立标准的带标题栏的图框，通过插入图样的形式将图框插入到零件的工程图中；
6．说明书要求描述建模和绘图工作的主要过程与操作步骤，最后进行设计总结分析和回答思考题。
成绩优秀者必须补充达到下列设计要求：（下列要求四选一）
1．建模过程中应包含总数不少于25个特征操作，其中包括网格曲面特征、扫描特征、联合体特征、面倒角等细节特征、参考特征、装配(Top-Down或Bottom-Up)、WAVE几何链接等操作；
2．生成输出产品(或零件)模型高质量的视觉效果彩图。
3．1).根据产品(零件) 的结构和工作条件，定义模型的材料特性、边界条件和载荷的性质及大小；
2).根据产品(零件) 的结构和工作条件，定义模型的运动副、边界条件和驱动的类型及具体数值；
4．1).分析结果要以表格、图线的形式提交；
2).运动仿真要提供仿真动画文件；

三、课程设计应完成的工作
1．设计双级斜齿轮减速箱零件结构；
2．建立双级斜齿轮减速箱零件三维参数化、变量化实体模型；
3．基于零件主模型，按国家标准绘制零件工程图；
4．编写设计说明书。（按设计说明书的格式书写）
成绩优秀者必须补充完成下列设计工作：
1．对模型进行渲染，输出模型高质量的视觉效果图；
2．1).对产品(零件)进行结构的有限单元分析、仿真，输出分析结果，提出改进方案；
2). 对产品的运动机构进行运动分析、仿真，输出分析结果，提出改进方案；

四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
收集、整理资料，拟订双级斜齿轮减速箱三维结构方案
大学城校区
6.3~6.5
2
双级斜齿轮减速箱三维参数化实体建模
大学城校区
6.6~6.13
3
修改、完善零件3D产品(零件)三维参数化实体模型
大学城校区
6.14~6.15
4
1).对三维模型进行结构力学有限单元分析，仿真，输出分析和仿真结果；
2). 对三维模型进行运动分析，仿真，输出运动分析和仿真结果；
大学城校区
6.16~6.21
5
1).根据结构分析仿真结果，修改、完善产品(零件)结构三维模型；
2).根据运动分析仿真结果，修改、完善产品(零件)结构三维模型；
大学城校区
6.16~6.21
6
编写设计/分析说明书
大学城校区
6.22~6.27
7
修改、完善设计内容和说明书，整理、打印资料
大学城校区
6.28~6.30
五、应收集的资料及主要参考文献
[1] 云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室，UG NX 6.0中文版基础教程，北京：清华大学出版社，2009；
[2] 中国机械工程学会，机械设计手册(电子版)(含光盘1张)， 北京：电子工业出版社，2007；
[3] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版入门与提高，北京：化学工业出版社，2009；
[4] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版从入门到精通，北京：机械工业出版社，2009；
[5] UGS公司，UG NX 4.0 CAST，美国，2006。
发出任务书日期：2011年 6 月 3 日 指导教师签名：

计划完成日期： 2011年 7 月 1 日 基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

摘要

本课程设计说明书首先根据双级斜齿轮减速箱进行了简要说明和特征分析，接着详细说明了在UG中，该机构各子零件（轴、齿轮和箱体，箱盖，端盖等）的建模过程，并将零件进行整体装配。接着对活塞零件进行工程图绘制和有限元分析，对减速箱进行了运动仿真。最后利用UG对该机构进行渲染处理，生成高质量图像。
关键词：减速箱，建模，装配，工程图，有限元分析，运动仿真，渲染

目录
1 双级斜齿轮减速箱分析 1
2 建立双级斜齿轮减速箱模型 2
2.1轴类零件建模过程 2
2.2其他两根轴建模过程 4
2.3齿轮建模过程 4
2.4其他齿轮建模过程 6
2.5轴承端盖建模过程 7
2.6其他端盖建模过程 9
2.7箱体建模过程 10
2.8箱盖建模过程 16
2.9套筒建模 16
2.10轴承建模过程 17
2.11键的建模 17
2.12螺钉、螺栓、螺帽、垫片的调用 17
2.13窥视盘、油塞、游标 18
3 建立减速箱模型 18
3.1低速轴装配过程 18
3.2其他轴的装配 19
3.3箱体的装配 20
3.4箱盖的装配 21
3.5减速箱总装配 21
3.4制作爆炸图 24
4 绘制零件工程图 24
4.1低速轴工程图绘制过程 24
4.2低速大齿轮零件工程图 26
5 轴承和中间轴的有限元分析 27
6 减速箱运动分析 28
6.1进入运动仿真模块 28
6.2定义连杆 28
6.3定义运动副 29
6.4创建算法和求解 31
6.5运动仿真及动画生成 31
6.6生成图像 32
7 减速箱的表面渲染与处理 33
渲染图片输出 33
设计总结 35
思考题 36
主要参考文献 37

1 双级斜齿轮减速箱分析

减速箱是完成速度转换的主要运动零件。它由箱体、箱盖、轴类、齿轮等主要零件组成。在工作行程中，出入轴受电机驱动做旋转运动，通过齿轮啮合传动，从输出轴输出一定的转速。
本次课程设计通过对减速箱的建模与运动模拟，掌握了运用UG6.0软件进行运动机构设计和模拟的一般方法，建立仿真设计的理念。
本次课程设计将建立多个文件：多个零件，一个装配，一个爆炸图，两个个零件工程图，1个有限元分析文件，1个运动仿真，一个渲染效果。
在建模过程中涉及到多种操作及特征，特征操作有：边倒圆、倒角、实例、镜像体、镜像特征、阵列特征，设计特征有：孔、抽壳、圆台、键槽，扫描特征有：拉伸体、回转体，体素特征有：圆柱体，布尔运算有：求和、求差，参考特征有：基准平面、基准轴，WCS操作有：原点、显示。
2 建立双级斜齿轮减速箱模型
2.1轴类零件建模过程
1、建立如下草图

2、设计特征：拉伸体操作，拉伸距离48.5

3、选左下图所示平面为基准面，画好草图后拉伸

4、最后合成轴

5 、创建基准面，创建键槽。

6、求和：将各个体合成一体

7、 特征操作：倒角、边倒圆，建模完成。

2.2其他两根轴建模过程
过程跟上面的输出轴过程差不多。可用旋转画轴。
2.3齿轮建模过程
1、 调用执行文件，输入参数

2、 建立三维图，选“有键槽”

3、选择平面创建草图、切除拉伸

4、通过镜像特征镜像第4步的特征

5、在平面上挖孔、圆形阵列

6、完成齿轮建模

2.4其他齿轮建模过程
其他齿轮的建模过程跟上述过程很相像，这里就不在说明。共有3个，分别如下。

2.5轴承端盖建模过程
1、 创建草图

2、 完成草图，旋转草图形成体

3、 创建基准点

4、 创建孔

5、 倒斜角，边倒圆后，端盖建模完成。

2.6其他端盖建模过程
1、其他的端盖的建模过程跟上面没有多大的差别，故这里就不再对其进行说明了。共有3种，分别如下图

2.7箱体建模过程
1、运用基本体素，创建长方体

2、选好基准面，创建草图

3、 完成草图并拉伸

4、 在上一步基础上创建壳单元

5、 画草图并拉伸

6、求和实体，添加边倒圆

7、选好基准面，创建草图，然后拉伸

8、创建凸台

9、镜像特征

10、对圆凸台进行拔模

11、创建一些基准点和基准平面

12、创建肋板，进行矩形阵列

13、肋板尺寸不对，通过替换面修正

14、 创建沉头孔，然后镜像

15、添加螺纹，完成箱体建模

2.8箱盖建模过程
箱盖的建模过程跟箱体相似

2.9套筒建模

2.10轴承建模过程

2.11键的建模

2.12螺钉、螺栓、螺帽、垫片的调用

2.13窥视盘、油塞、游标

3 建立减速箱模型
3.1低速轴装配过程
1、加入低速轴构件，选择“原点”定位
2、装键

3、装齿轮

4、装套筒

5、装轴承

3.2其他轴的装配
其过程跟上面的低速轴一样：先是键，然后是齿轮，再然后是套筒，最后是轴承
1、中间轴的装配体

2、高速轴的装配体

3.3箱体的装配

3.4箱盖的装配

3.5减速箱总装配
1、将低速轴于箱体装配

2、装上中间轴

3、装上高速轴

4、装上箱盖

5、装上各轴的端盖，可通过镜像装配

6、装上高速轴的螺钉：先装一个，再阵列装配，最后镜像装配

7、装配螺栓、垫圈、螺母，先装好一组，再阵列装配，最后镜像装配，装配完成

3.4制作爆炸图

4 绘制零件工程图
4.1低速轴工程图绘制过程
1、打开文件，进入制图模块，选用A2纸，比例为1:1，单位为毫米， 并创建主视图

2、创建剖视图

3、标注

4、画图框和标题栏

4.2低速大齿轮零件工程图

5 轴承和中间轴的有限元分析

这是通过solidworks做的轴承位移分布图

轴承应力分布图

由于UG软件破解问题，至此结束。

6 减速箱运动分析
6.1进入运动仿真模块
打开减速器的装配模型文件，单击“开始”，选取“运动仿真”命令，系统进入运动仿真状态。
6.2定义连杆
1、定义箱体为固定连杆L001

3、定义高、中、低速轴及其上的零部件为连杆L002-L004

6.3定义运动副
1、定义高速轴旋转副J002

2、定义中、低轴为旋转副J003、J004

3、添加齿轮副j005、j006

6.4创建算法和求解

6.5运动仿真及动画生成

6.6生成图像

（详细请查阅仿真文件）
7 减速箱的表面渲染与处理
渲染图片输出

（可到渲染文件夹查看）

设计总结
为什么会选择减速箱？本想根据一个实体水壶进行测绘建模的，后来觉得水壶还是有点简单。假如是根据一些视频或者书本例子进行复制，感觉是没有真正懂得用ug，所以最后还是选择了大二做的课程设计—减速箱。
一份说明书+一张装配图2D，这就是我的所有资料，我自主完成了一份实体图形绘制。在完成这个作业的工程中我不断的遇到问题，不断地自主去寻找答案，将之前课堂上老师所讲解的内容得到了充分的发挥。
这次UG课程让我更加深入的了解UG这个软件，学会了怎样去解决一个曾经没有遇到的问题，懂得了从查阅相关资料和观看一些视频中去学习去提升，也让自己的UG操作水平得到了一个更深的落实与提高。
零件建模，方法很多。怎样才能发现最优方法，这是关键。比如一根轴，可以使用拉伸，也可以使用旋转。这完全取决于你的草图绘制。
但是还是有一些问题解决不了，比如我在画箱盖的时候，本来想通过箱体做镜像操作，得到一下箱盖的实体，可是如果把箱体的实体删除，则箱盖的实体也会删除。这个问题暂时解决不了。
模型装配，凡事不可能一蹴而就，装配也不例外。怎样才能做到有条不紊，关键在于分段。把总装配划分为若干个子装配，按部就班，分割的子装配好了，总装配就迎刃而解了。
工程图制作比较灵活，相比AutoCAD比较简便，视图的选取是关键，视图选准了，标注就变得简单了，UG的标注也是挺简便的，包括形位公差，表面粗糙度。特别是装配图的制作，效率比AutoCAD 高很多。不过，一般UG的工程图都不完善，需要在AutoCAD里面进行修改，视图里面可能会有一些多余的线条，还有中心线需要自己添加，尺寸的修改，使工程图更加完善。
运动仿真是一个很好玩的过程，我们可以根据装配模型进行分析，定义连杆，添加运动副，添加齿轮副。进行运动解算，仿真。这里有一个比较关键的地方就在于齿轮的啮合点的选取。齿轮是线接触，选取点的时候一定要注意。
渲染是一个思维想象空间。其实也挺考人的，我觉得这里面大有文章，一个好的渲染可以使设计效果更为吸引人。我觉得这方面需要再加点功夫才行。
从建模、装配、制图、有限元分析、运动仿真再到渲染，我基本掌握UG中的常用建模装配功能，学会了利用UG进行简易分析模拟仿真。从查阅书籍到自学完成此次设计，我在UG的使用技巧上学会很多，也增强了对UG强大功能的认识。更重要的是学到了一种考虑、解决问题的思想和方法。这对我们以后学机械是有一定帮助的。要敢于尝试，敢于多问问题，然后去解决问题。
过程是辛酸的，结果总会让自己欣慰。尤其是在运动仿真，当减速箱能动起来的时候，特别有成就感。有点遗憾的是由于6.0版本的解码器有问题，有限元分析未能完整做出来。不过没关系，过程最重要。我相信，用心一定可以赢得精彩。
最后还要感谢卜研老师曾经对我的指点。

思考题

1、 草图中的约束是什么？约束一般有哪些类型？
答：草图中的约束可以精确地控制草图中的对象，从而实现草图参数化。
从性质上分，草图约束包括2种类型，即尺寸约束和几何约束。
尺寸约束是建立在草图对象上的尺寸（如一线段的长度）或两对象间的尺寸（如两圆心间的距离）。其作用是限制草图对象的大小，具有尺寸驱动功能。
几何约束为草图对象确定其几何特性（如使一直线水平）或确定两个或更多的草图对象间的关系类型（如多边形的各边相等）。几何约束没有可编辑的值。
2、实体模型绘制工程图的一般流程包括哪些内容？
答：在NX6.0中，实体模型绘制工程图的一般流程是：首先进入制图工作环境，创建一张图纸，内容包括图纸大小，比例以及投影象限选择，可进入基本视图操作，将需要的基本视图投影出来后，再进行尺寸标注，即完成工程图。

主要参考文献
[1] 云杰漫步多媒体科技CAX设计教研室，UG NX 6.0中文版基础教程，北京：清华大学出版社，2009；
[2] 中国机械工程学会，机械设计手册(电子版)(含光盘1张)， 北京：电子工业出版社，2007；
[3] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版入门与提高，北京：化学工业出版社，2009；
[4] 胡仁喜等，UG NX 6.0中文版从入门到精通，北京：机械工业出版社，2009；
[5] UGS公司，UG NX 4.0 CAST，美国，2006。
[6] 械设计课程设计指导书
[7] 机械设计第六版

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